(57)【要約】【課題】  光電効果事象をコンプトン散乱事象から有効に識別し、光電効果により発生した荷電粒子による発光（チェレンコフ光）のみを検出することで、位置精度良く癌細胞などの異常組織の位置を発見することができ、しかもデータ収集及び解析機構を簡素化することができる陽電子放出断層撮像装置を提供する。【解決手段】  γ線検出手段が被測定物の周囲に複数個設けられ、被測定物に投与された陽電子過剰核によって被測定物中で発生したγ線を、各γ線検出手段で検出して、被測定物内に存在する異常組織の位置を検出する陽電子放出断層撮像装置に関する。γ線検出手段を、屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満であるエアロゲルと、このエアロゲルを通過する電子によって生じるチェレンコフ光を検出する検出器を備えて形成する。【選択図】  図１
2005300232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
γ線検出手段が被測定物の周囲に複数個設けられ、被測定物に投与された陽電子過剰核によって被測定物中で発生したγ線を、各γ線検出手段で検出して、被測定物内に存在する異常組織の位置を検出する陽電子放出断層撮像装置において、γ線検出手段が、屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満であるエアロゲルと、このエアロゲルを通過する電子によって生じるチェレンコフ光を検出する検出器を備えて形成されたものであることを特徴とする陽電子放出断層撮像装置。
【請求項２】
チェレンコフ光を検出した２つのγ線検出手段の、チェレンコフ光を検出する応答時間差を求めることによって、異常組織の位置を検出する位置検出手段を備えて成ることを特徴とする請求項１に記載の陽電子放出断層撮像装置。
【請求項３】
上記エアロゲルは、オルガノシリケートを加水分解重合させて得たシリカの湿潤ゲルを乾燥させたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の陽電子放出断層撮像装置。
【請求項４】
屈折率が１．５以上の金属酸化物を形成する原料を含有するオルガノシリケートを加水分解重合させ、得られたシリカの湿潤ゲルから湿潤ゲルが含有する溶媒を乾燥除去することを特徴とする屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満のエアロゲルの製造方法。
【請求項５】
屈折率が１．５以上の金属酸化物が、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉛、酸化セリウムから成る群の少なくとも１つから選択されるものであることを特徴とする請求項４に記載の屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満のエアロゲルの製造方法。
【請求項６】
屈折率が１．５以上の金属酸化物を形成する原料が、金属酸化物ゾルであることを特徴とする請求項４又は５に記載の屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満のエアロゲルの製造方法。
【請求項７】
屈折率が１．５以上の金属酸化物を形成する原料が、鉛塩であることを特徴とする請求項４又は５に記載の屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満のエアロゲルの製造方法。
【請求項８】
屈折率が１．５以上の金属酸化物を形成する原料が、チタン酸アルコキシドであることを特徴とする請求項４又は５に記載の屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満のエアロゲルの製造方法。
【請求項９】
シリカゾルが固形分換算で１０〜５０重量％となるように混合されたオルガノシリケートを加水分解重合させた後、得られたシリカの湿潤ゲルから湿潤ゲルが含有する溶媒を乾燥除去することを特徴とする屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満のエアロゲルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、癌診断などに用いられる陽電子放出断層撮像（ＰＥＴ）装置に関するものであり、特にその陽電子消滅の際に発生するγ線を検出する装置に関するものである。また本発明は、この陽電子放出断層撮像装置に用いられるシリカエアロゲルの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
陽電子放出断層撮像法(Positron Emission Tomography:ＰＥＴ)は、陽電子放出核で標識された薬剤を被験者の生体内に注入し、その崩壊反応で生ずる５１１ｋｅＶの２本のγ線を測定することによって、生体内部での薬剤の濃度分布を計測する断層撮像法である。すなわちＰＥＴでは、生体内に注入した陽子過剰核で生じた陽電子が体内の電子と対消滅した時に発生する５１１ｋｅＶの運動エネルギーを持つ２本のγ線を観測するようにしたものであり、陽電子が消滅した場合は決まったエネルギーのγ線が２本必ず１８０度逆方向に出るため、被験者の回りに小さなγ線検出器を数多く並べ、２個がほぼ同時に反応してそのエネルギーが５１１ｋｅＶである場合に、崩壊した陽子過剰核は必ず２個の測定器を結ぶ線上に存在したことになるので、２本のγ線の観測に基づいて薬剤の体内分布を計測することができるのである。
【０００３】
従来のＰＥＴ用γ線検出器はシンチレーターと光電子増倍管(ＰＭＴ) で構成されており、自由電子がシンチレーター内で起こしたシンチレーション発光をＰＭＴで計測してγ線を検出し、その事象を集めることで、線が込み合っている場所が放射能の集まった場所であると分析するようになっている。例えば、ブドウ糖などの炭素原子の１個を１１Ｃに換えたものを被験者に注射すれば、癌組織は正常組織に比べて新陳代謝が活溌なためにブドウ糖が集まり、その濃度分布を観察できることになる（例えば、特許文献１等参照）。
【０００４】
そもそも５１１ｋｅＶのγ線と物質との相互作用には光電効果とコンプトン散乱の２種類がある。光電効果はγ線が物質内部の電子に吸収される反応で、電子はγ線が持っていたエネルギーや運動量を全て受け継ぐため、電子の運動エネルギーは５１１ｋｅＶになる。またコンプトン散乱は光子と電子の弾性散乱で、γ線は電子に衝突してエネルギーや運動量の一部を電子に渡し、入射方向と違った方向に出て行く。このときの電子の運動エネルギーは３４１ｋｅＶ以下になる。もし被験者の体内でコンプトン散乱が起きれば反飛γ線は入射方向と違う向きに出て行くため、β＋崩壊の位置は反応した２個のγ線検出器を結ぶ線上とはならない。このような事象は癌診断には使えないため、光電効果とコンプトン散乱を区別する必要がある。
【０００５】
一方、荷電粒子が物質中を移動する速度がその物質中での光速（真空での光速ｃ÷物質の屈折率ｎ）を上回った場合にはチェレンコフ発光が起きる。この光量はシンチレーション発光量より３桁程度少ないので、光電効果を選別しなければならないＰＥＴではチェレンコフ検出器は不適と考えられてきた。しかし、チェレンコフ効果は原理的に荷電粒子の入射と同時に起きるので、ＴＯＦ（Time Of Flight；実際は２測定器の応答時間差）計測としては十分な時間分解能が得られる可能性がある。高エネルギー素粒子実験では時間分解能１０ピコ秒以下のチェレンコフＴＯＦカウンターも実現されており、ＴＯＦ計測自体は光電子が１個でも計測できるため、チェレンコフ効果の少ない光量でも十分計測可能である。もし、光電効果とコンプトン散乱の識別が発光量計測以外で可能であれば、チェレンコフＴＯＦカウンターはＰＥＴ検出器に適用できることになる。
【０００６】
上記のように従来のＰＥＴ装置ではγ線測定用にシンチレーターが使用されており、シンチレーターでの発光量は電子の運動エネルギーに比例することを利用してＰＭＴからの電気信号の大きさで光電効果とコンプトン散乱を区別している。このため光電効果に対応する信号がある程度以上（例えばＰＭＴのカソード面を飛び出す最初の光電子の個数で４００個以上）が必要になる。
【０００７】
また、γ線シンチレーターは時間分解能が悪く、シンチレーターによる発光では、応答時間が遅く、γ線が入射してから発光量が最大に達するまでの立ち上がり時間が１０ナノ秒程度で、その後の減衰時間が数１０乃至１００ナノ秒である。このため反応ごとの信号の発生時刻のばらつきが数ナノ秒も存在することになる。応答時間が最も早いシンチレーターでもばらつきの最小値は５００ピコ秒であり、これは位置分解能にして７５ｍｍになる。従って、応答時間差からＬＯＩ(Line-Of-Interest)方向の座標を特定するＴＯＦ（Time-Of-Fright）計測としては不十分である。
【０００８】
さらに従来のＰＥＴの場合は、多数のデータを取得した後に直線の込み合い具合から癌の位置を決めているため、データを全て収集した後でないと解析を始めることは不可能である。また解析プログラムが複雑な上に、解析時間がデータ量の約３乗に比例してしまい、ＰＥＴ検査をした直後に結果をモニター等に表示することなどは不可能となる。
【特許文献１】特開平７−１１３８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そもそも、光電効果で発生した５１１ｋｅＶの電子は屈折率１．１５５以上の物質中でチェレンコフ発光を起こす。一方、コンプトン散乱での反跳電子の運動エネルギーの最大値は３４１ｋｅＶであるため屈折率１．２５以上の物質中でないとチェレンコフ効果は起きない。そこで、屈折率が１．１５５よりも大きく、１．２５未満であるような透明な物質が存在するなら、光電効果をコンプトン散乱から有効に識別することができ、画期的な陽電子放出断層撮像装置「チェレンコフＴＯＦＰＥＴ検出器」が実現できることになる。またこの場合は、光電子が１個でも観測できれば光電効果であると判断できるため、チェレンコフ効果がシンチレーションより発光量が２桁少ないデメリットを克服することができる。
【００１０】
更にチェレンコフＰＥＴにおいては、ＴＯＦ（Time Of Flight；実際は２測定器の応答時間差）の測定によって陽電子放出核の位置を直線上ではなく点で決めることが可能になる。しかも原理的には陽電子放出に近い側の測定器には早く電気信号が発生するため、応答時間差に光の速度を掛ければ放出場所が決まることになる。
【００１１】
また、チェレンコフ光は電子が動いた瞬間に発生するため、時間分解能はＰＭＴやその後ろの電子回路の性能だけで決まることになり、実際には、時間分解能１０ピコ秒以下が可能であるとも言われている。この場合、位置分解能にして１．５ｍｍに相当するため、ＰＥＴ装置としては十分な位置精度性能である。さらに、ＴＯＦＰＥＴは１事象ごとに簡単に解析して表示できるものであり、チェレンコフＴＯＦＰＥＴの場合は、検査を行いながら結果を随時表示することも簡単になる可能性が高い。
【００１２】
以上のように、チェレンコフＴＯＦＰＥＴには非常に有効な面が存在すると考えられる。しかし、屈折率が１．１５５以上１．２５未満を示す物質は、従来の一般的な物質には存在しない。例えば一般物質において最も屈折率が低い材料としては、液体においては屈折率が約１．３３の水やメタノールが屈折率の下限値であり、固体においては、屈折率が１．３５〜１．４のフッ素樹脂等のフッ化化合物などが屈折率の下限値である。また、オルガノシリケートの加水分解重合物を超臨界乾燥することで、屈折率が１．３以下の透明薄膜（シリカエアロゲル薄膜）が得られることは、特許第２６５９１５５号公報などで知られており、薄膜状のものは屈折率が１．０１〜１．１の範囲で容易に作製できるものの、屈折率１．１５５以上１．２５未満のバルク状のものを作製することは従来困難であった。
【００１３】
従って、屈折率１．１５５以上１．２５未満のバルク状のエアロゲルを形成することが実現できれば、このエアロゲル光学材料を輻射体として、光電効果により発生した荷電粒子によるチェレンコフ光のみを有効に計測することによって、優れた検出能力を示すチェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置を得ることができる。
【００１４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、光電効果事象をコンプトン散乱事象から有効に識別し、光電効果により発生した荷電粒子による発光（チェレンコフ光）のみを検出することで、位置精度良く癌細胞などの異常組織の位置を発見することができ、しかもデータ収集及び解析機構を簡素化することができる陽電子放出断層撮像装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の請求項１に係る陽電子放出断層撮像装置は、γ線検出手段が被測定物の周囲に複数個設けられ、被測定物に投与された陽電子過剰核によって被測定物中で発生したγ線を、各γ線検出手段で検出して、被測定物内に存在する異常組織の位置を検出する陽電子放出断層撮像装置において、γ線検出手段が、屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満であるエアロゲルと、このエアロゲルを通過する電子によって生じるチェレンコフ光を検出する検出器を備えて形成されたものであることを特徴とする
また請求項２の発明は、請求項１において、チェレンコフ光を検出した２つのγ線検出手段の、チェレンコフ光を検出する応答時間差を求めることによって、異常組織の位置を検出する位置検出手段を備えて成ることを特徴とするものである。
【００１６】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、上記エアロゲルは、オルガノシリケートを加水分解重合させて得たシリカの湿潤ゲルを乾燥させたものであることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の請求項４に係るアエロゲルの製造方法は、屈折率が１．５以上の金属酸化物を形成する原料を含有するオルガノシリケートを加水分解重合させ、得られたシリカの湿潤ゲルから湿潤ゲルが含有する溶媒を乾燥除去して、屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満のエアロゲルを得るようにしたことを特徴とするものである。
【００１８】
また請求項５の発明は、請求項４に記載の屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満のエアロゲルを製造するにあたって、屈折率が１．５以上の金属酸化物が、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉛、酸化セリウムから成る群の少なくとも１つから選択されるものであることを特徴とするものである。
【００１９】
また請求項６の発明は、請求項４又は５に記載の屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満のエアロゲルを製造するにあたって、屈折率が１．５以上の金属酸化物を形成する原料が、金属酸化物ゾルであることを特徴とするものである。
【００２０】
また請求項７の発明は、請求項４又は５に記載の屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満のエアロゲルを製造するにあたって、屈折率が１．５以上の金属酸化物を形成する原料が、鉛塩であることを特徴とするものである。
【００２１】
また請求項８の発明は、請求項４又は５に記載の屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満のエアロゲルを製造するにあたって、屈折率が１．５以上の金属酸化物を形成する原料が、チタン酸アルコキシドであることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の請求項９に係るエアロゲルの製造方法は、シリカゾルが固形分換算で１０〜５０％重量となるように混合されたオルガノシリケートを加水分解重合させた後、得られたシリカの湿潤ゲルから湿潤ゲルが含有する溶媒を乾燥除去して、屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満のエアロゲルを得るようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の請求項１に係る陽電子放出断層撮像装置によれば、屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満であるエアロゲルと、このエアロゲルを通過する電子によって生じるチェレンコフ光を検出する検出器を備えてγ線検出手段が形成されているために、光電効果事象をコンプトン散乱事象から有効に識別することができ、光電効果により発生した荷電粒子による発光（チェレンコフ光）のみを検出することができるものであり、この結果、位置精度良く癌細胞などの異常組織の位置を発見することができるものである。しかも応答時間が速く時間分解能が高いために、データ収集及び解析機構を簡素化することができるものである。
【００２４】
また請求項２の発明によれば、チェレンコフ光を検出する応答時間差に基づいて、２つのγ線検出手段を結ぶ線上において、さらに高い精度で癌細胞などの異常組織の位置を特定することができるものである。
【００２５】
また請求項３の発明によれば、γ線検出手段のチェレンコフ光を検出する検出器を構成するエアロゲルを、透明性に優れた状態で屈折率を必要な範囲に制御しつつ得ることが容易であり、チェレンコフ光の検出能力を最大限に発揮した検出器を形成することが可能になるものである。
【００２６】
本発明の請求項４に係るエアロゲルの製造方法によれば、屈折率１．１５５以上１．２５未満のバルク状のシリカエアロゲルを得ることができるものであり、上記のようなγ線検出手段を備えた陽電子放出断層撮像装置を実現することができるものである。
【００２７】
また請求項５の発明によれば、化学的に安定し、透明性の高いシリカエアロゲルを得ることができるものである。
【００２８】
また請求項６の発明によれば、屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満のエアロゲルを、透明性を確保した状態で容易に得ることができるものである。
【００２９】
また請求項７の発明によれば、エアロゲル中に鉛原子を含有することによって、屈折率が１．１５５より大きく１．２５未満のエアロゲルを透明性を確保した状態で容易に得ることができると共に、γ線等の放射線の吸収効率がより高いエアロゲルを得ることができるものである。
【００３０】
また請求項８の発明によれば、金属酸化物の原料をアルコキシドとして添加することができ、エアロゲルの屈折率及び透明性の調整が容易になるものである。
【００３１】
本発明の請求項９に係るエアロゲルの製造方法によれば、屈折率１．１５５以上１．２５未満のバルク状のシリカエアロゲルを得ることができるものであり、上記のようなγ線検出手段を備えた陽電子放出断層撮像装置を実現することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００３３】
エアロゲル（エーロゲル）は、主骨格がシリカからなる光透過性を有する多孔体であり、一般には、湿潤アルコゲル（湿潤ゲル）等、乾燥前の分散媒（溶媒）を含んだ状態でのゲル体から溶媒などを除去して得られる乾燥多孔質ゲルから形成されるものである。
【００３４】
湿潤ゲルの主骨格は、例えば、オルガノシリケート類の加水分解重合から形成される（ＳｉＯ２）ｍからなるものである。このものは、分子中に、Ｓｉ−Ｒ１で表される結合を含有してもよい。ここで、ｍは正の整数、Ｒ１は炭素数１〜５のアルキル基またはフェニル基である。このポリマーを構成するＳｉは、雰囲気中の水分を吸着し、シラノール基を形成して安定化する傾向が極めて強い性質がある。
【００３５】
このような性質を有する（ＳｉＯ２）ｍを骨格とするポリマーとしては、特には限定されないが、例えば下記一般式（１）で表されるオルガノシリケートを加水分解し、縮重合して得られたもの等を挙げることができる。
【００３６】
ＳｉＲ１ｎ（ＯＲ２）４−ｎ  …（１）
〔式（１）中、Ｒ１及びＲ２は、互いに独立に、炭素数１〜５のアルキル基またはフェニル基を表し、ｎは０〜２の整数である。Ｒ１及びＲ２がそれぞれ２個以上ある場合、２個以上のＲ１、２個以上のＲ２は、それぞれ互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。〕
上記一般式（１）で表されるオルガノシリケートとしては、より具体的には、下記一般式（２）で表される２官能アルコキシシラン、下記一般式（３）で表される３官能オルガノシリケート及び下記一般式（４）で表される４官能オルガノシリケートのうちの少なくとも１種が用いられる。
【００３７】
【化１】
2005300232.tif 000003
【００３８】
〔式（２）中、Ｒ３，Ｒ４及びＲ５は、互いに独立に、炭素数１〜５のアルキル基またはフェニル基を表す。２個のＲ５は、それぞれ互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。〕
Ｒ６−Ｓｉ−（ＯＲ７）３  …（３）
〔式（３）中、Ｒ６，Ｒ７は、互いに独立に、炭素数１〜５のアルキル基またはフェニル基を表す。３個のＲ７は、それぞれ、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。〕
Ｓｉ−（ＯＲ８）４  …（４）
〔式（４）中、Ｒ８は、互いに独立に、炭素数１〜５のアルキル基またはフェニル基を表す。４個のＲ８は、それぞれ互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。〕
上記式（２）、（３）及び（４）でそれぞれ表される２官能、３官能、４官能の各オルガノシリケートとしては、特に限定されないが、それらの具体例を挙げると、２官能アルコキシシランとしては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン等を用いることができる。３官能アルコキシシランとしては、例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等を用いることができる。４官能アルコキシシランとしては、例えばテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等を用いることができる。
【００３９】
前記一般式（１）で表されるオルガノシリケートを効率良く加水分解し、縮重合を行うためには、オルガノシリケートを含む反応系に予め触媒を添加しておくことが好ましい。このような触媒としては、酸性触媒、塩基性触媒等を挙げることができる。具体的には、酸性触媒として、塩酸、クエン酸、硝酸、硫酸、フッ化アンモニウム等を挙げることができ、塩基性触媒として、アンモニア、ピペリジン等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４０】
オルガノシリケートの加水分解と縮重合は、水との相溶性を有し、かつ、オルガノシリケートを溶解する溶媒と、水との混合液を用いて行うことが好ましい。このような混合液を用いた場合、加水分解工程と縮重合工程を連続して行うことができ、効率がよいからである。その際、生成するポリマー（湿潤ゲル）は、上記溶媒を分散媒とするゲル化物（この意味から湿潤ゲルと称される）として得られる。水との相溶性を有し、かつ、オルガノシリケートを溶解する溶媒としては、特に限定はされないが、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコールや、アセトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等を挙げることができる。これらは、１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００４１】
上記のようにして得られる、主骨格が（ＳｉＯ２）ｍ（ｍは正の整数）で、かつ、シラノール基を有する湿潤ゲルに、乾燥工程の前に、疎水化処理を施こしておくことが好ましい。疎水化が行われているとゲルを乾燥する際により光透過率が大きいエアロゲルを得ることができるものである。以下、湿潤ゲルを疎水化処理剤と反応させて疎水化処理する工程について説明する。湿潤ゲルは、疎水化処理を効率よく行うために水分を除去されたものであることが好ましく、湿潤ゲルの水分除去は、特に、ポリマーがオルガノシリケートを加水分解し、縮重合を行うことにより得られた湿潤ゲルである場合に有効である。湿潤ゲルの水分を除去する方法としては、特には限定されないが、例えば、オルガノシリケートを加水分解し、縮重合を行う際に用いた溶媒と同じ溶媒で湿潤ゲルを洗浄する方法等を挙げることができる。
【００４２】
疎水化処理に用いられる疎水化処理剤は、湿潤ゲルの有する水酸基に対して反応可能な反応基と、疎水気を併せ持つ化合物である。水酸基に対して反応可能な官能基としては、特に限定はされないが、例えば、ハロゲン、アミノ基、イミノ基、カルボキシル基、及びアルコキシル基等を挙げることができる。疎水基としては、特に限定はされないが、例えば、アルキル基、フェニル基及びそれらのフッ化物等を挙げることができる。疎水化処理剤は、上記の官能基及び疎水基をそれぞれ、１種のみ有していてもよいし、２種以上有していてもよい。疎水化処理剤の具体例としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシロキサン、トリメチルクロロシラン、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、ジメチルジクロロシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、メチルトリクロロシラン、及びエチルトリクロロシラン等のシラン化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。すなわち、シラン以外の化合物、例えば、蟻酸、酢酸、コハク酸等のカルボン酸や、メチルクロリド等のハロゲン化アルキルであってもよい。疎水化処理剤は、１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００４３】
疎水化処理を行う方法としては、特に限定はされないが、例えば、疎水化処理剤を溶媒に溶解させた溶液中に湿潤ゲルを浸漬し、混合するなどして湿潤ゲル内に疎水化処理剤を浸透させた後、必要に応じて加熱し、疎水化処理反応を行う方法等が挙げられる。疎水化処理時に用いる溶媒としては、例えば、エタノール、メタノール、トルエン、ベンゼン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等が挙げられるが、前記疎水化処理剤が容易に溶解し、かつ、湿潤ゲルの含有する溶媒（分散媒）と置換可能なものであれば、上記溶媒に限定されるものではない。また、後で超臨界乾燥を行う場合には、超臨界乾燥の容易な溶媒（例えばエタノール、メタノール、液体ＣＯ２等）と同一種類もしくはそれとの置換が容易なものの方が好ましい。
【００４４】
疎水化処理は、湿潤ゲルの有するシラノール基の水酸基を、疎水化処理剤の有する官能基と反応させて疎水化するために行うものである。従って、疎水化処理剤の使用量は、湿潤ゲルの粒子表面の水酸基数に対して充分な量に設定することが好ましい。例えば、重量比で（湿潤ゲル）／（疎水化処理剤）＝０．５〜１０程度の範囲が好ましいが、これは、疎水化処理反応を行う溶媒量、温度、時間等や、また、コストと性能の兼ね合い等から選択されるものであり、この範囲に限定されるものではない。また、溶媒の使用量も限定されるものではない。
【００４５】
上記の疎水化処理により得られる有機変性湿潤ゲルは、湿潤ゲルの有する水酸基が疎水基で置換されて疎水化したものであり、固形分と分散媒の２相からなるゲルとして得られる。この場合の分散媒とは、前述した湿潤ゲルの調製時に用いられる溶媒や、疎水化処理時に用いられる溶媒、或いは、後述の超臨界乾燥に適した他の溶媒のことであり、この出願の説明の中では、湿潤ゲル或いは有機変性湿潤ゲルを構成する液相を分散媒と記すが、広義では溶媒と同義である。
【００４６】
次に、上記の湿潤ゲル或いは有機変性湿潤ゲルを乾燥させる工程について説明する。本発明に係る屈折率が１．１５５以上１．２５未満であるエアロゲルを製造するためには、前述の湿潤ゲルを乾燥させる必要がある。ここでいう乾燥とは、湿潤ゲルが含有する溶媒等の液体を除去することを意味し、ここでは、通常環境（常温、常圧）における放置による常圧乾燥と、超臨界乾燥に大別する。常圧乾燥においては、溶媒除去に伴い湿潤ゲルの寸法が収縮して密度が増加することで、結果として得られるエアロゲルは原料溶液における調合比から想定する屈折率よりも大きな屈折率を示すものになる。一方、超臨界乾燥においては、湿潤ゲルの容積がそのまま保持されて溶媒が除去されるため、ほぼ原料溶液における調合比から想定する屈折率に近いエアロゲルが得られる。そして、本発明におけるエアロゲルの製法においては、目的とする屈折率の範囲に調整するように、その原料溶液における設計屈折率から換算して、適宜常圧乾燥と超臨界乾燥のいずれかを選択するものであるが、あるいは両乾燥を組み合わせることもできる。
【００４７】
常圧乾燥においては、その乾燥過程において湿潤ゲル（またはエアロゲル）の段階でクラックの発生を防止するために、「ピンホール乾燥」を行うことが好ましい。ピンホール乾燥とは湿潤ゲルをピンホール（隙間や穴などの開口部）の開いた容器に置き、徐々に溶剤を揮発させる乾燥方法である。例えば湿潤ゲルを蓋付きガラス製シャーレ中に放置すると湿潤ゲルの溶剤がシャーレ内に充満するが、シャーレの容器と蓋の隙間から溶剤は徐々に外部に放出される。このように溶剤を徐々に外部に放出し湿潤ゲルから溶剤を取り除いていくことで湿潤ゲルはクラックを生じることなく乾燥・収縮をしていくことになる。ピンホール乾燥においては、その湿潤ゲルにおける固形分濃度にもよるが、湿潤ゲルが徐々に寸法が収縮し、およそ３０〜８０％収縮する（本発明において収縮率は体積や面積の比でなく寸法の収縮率で記述する）。このように、常圧乾燥により所望の屈折率を示す密度（容積）まで乾燥収縮させるものであるが、またはその密度（寸法）まで乾燥収縮させた後にさらに超臨界乾燥することも可能である。
【００４８】
超臨界乾燥においては、その乾燥過程において湿潤ゲルの容積がほぼそのまま保持される。従って、原料溶液中における固形分濃度計算値から換算される凡その屈折率のエアロゲルをそのまま得る場合には、湿潤ゲルを必要に応じて疎水化処理した後に超臨界乾燥するのがよい。また、原料溶液中における固形分濃度計算値から換算される凡その屈折率を一層高めたい場合には、湿潤ゲルを一旦目的の寸法まで常圧乾燥した後に、湿潤ゲルを必要応じて疎水化処理し、超臨界乾燥するのがよい。
【００４９】
超臨界乾燥とは、ゲルに含まれている分散媒（溶媒）の臨界点または臨界点よりも高温高圧の雰囲気中で分散媒を徐々に除去する方法である。超臨界乾燥を行う際には、必要に応じて、湿潤ゲル或いは有機変性湿潤ゲル中の分散媒を、超臨界乾燥の媒体として用いる分散媒に予め置換しておく。その際、超臨界乾燥の媒体として用いる分散媒は、湿潤ゲル或いは有機変性湿潤ゲル中の分散媒よりも臨界点の低い化合物からなるものを用いることが好ましいが、これに限定されるものではない。例えば、疎水化処理時の溶媒を超臨界乾燥の媒体としてそのまま用いてもよく、その場合は、分散媒（溶媒）の置換操作を行なう必要はない。超臨界乾燥の媒体として用いられる分散媒（溶媒）としては、臨界点以上の温度・圧力の設定が容易なものが好ましいが、これに限定されない。具体的には、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコールや、ジクロロジフルオロメタン、液化二酸化炭素、水等の単独系または２種以上の混合系を挙げることができる。超臨界乾燥の媒体として用いられる分散媒は、前述したアルコキシシランの加水分解と縮重合を行う際に用いる溶媒（水との相溶性を有し、かつ、アルコキシシランを溶解する溶媒）もしくは疎水化処理時に用いられる溶媒と同一種類のものを用いてもよいし、それらと異なる種類のものを用いてもよい。超臨界乾燥を行う際に用いられる容器としては、特に限定はされないが、除去される分散媒の臨界点以上の高温高圧に耐えられる容器が好ましく、例えば、オートクレーブ等が挙げられる。
【００５０】
上記のように、オルガノシリケートを加水分解重合させて得たシリカの湿潤ゲルを必要に応じて疎水化処理した後、乾燥することによって、エアロゲルを得ることができるものであり、エアロゲルは二酸化ケイ素などの微小な粒子（大きさが数ナノメートルオーダー）が３次元的ネットワーク骨格を構成し、その間に空気を含む物質である。そしてエアロゲルはその構成要素の大きさが可視光の波長より十分小さいため、可視光に対しては固体部分と空気の体積比に応じた屈折率を持つ一様な物質のように振る舞い、高い光透過性を有するものである。
【００５１】
ここで、エアロゲルを後述のようにチェレンコフ光検出用の検出器に用いる場合、検出器全体の構成にもよるが、チェレンコフ光の発光量を極大にするためには、エアロゲルは例えば数ｃｍ程度の厚みを有するバルク状に形成することが好ましい。エアロゲルをバルク状に形成する方法には、例えば注型法を挙げることができる。すなわち、オルガノシリケート及びその他の原料により調製された原料溶液を所定の容器内に設計厚みになるように計算された所要量を流し込み、蓋をした状態で原料溶液をゲル化させることによって、所定厚みの湿潤ゲルを得た後、この湿潤ゲルを容器から取り出して乾燥し、設計厚みのバルク状にエアロゲルを形成することができるものである。
【００５２】
次に、本発明で目的とする１．１５５より大きく１．２５未満の屈折率を有するエアロゲルを製造するために、オルガノシリケートに添加する物質について説明する。
【００５３】
オルガノシリケートだけを固形分の原料としてエアロゲルを作製する場合には、その分子骨格を形成する物質はシリカ（（ＳｉＯ２）ｍ：ｍは正の整数）になるが、エアロゲルの屈折率を効率的に大きくし、またはγ線検出器の感度を向上させる為に、エアロゲルの屈折率を１．１５５以上１．２５未満の範囲に調整するにあたって、エアロゲルの骨格中に原子量の大きな金属原子からなり、その金属酸化物単体の屈折率が１．５以上となるような金属酸化物を添加することが効果的である。屈折率の上限は特に設定されるものではないが、製造面等の点から、屈折率は２．５以下程度が好ましい。この金属酸化物の金属の原子群としては、チタン、バナジウム、セリウム、ベリリウム、マグネシウム、アルミニウム、ガドリニウム、イットリウム、ジルコニア、鉛などを挙げることができる。これらのうち、ゲル化した際の透明性やコスト、化学的安定性の観点からチタン、バナジウム、鉛、セリウムが好ましく、金属酸化物として酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉛、酸化セリウムを用いるのが好ましい。そしてこれらの屈折率が１．５以上の金属酸化物をオルガノシリケートに添加し、このオルガノシリケートを加水分解重合させ、得られたシリカの湿潤ゲルを乾燥することによって、屈折率を１．１５５より大きく１．２５未満の範囲に調整したエアロゲルを得ることができるものである。オルガノシリケートに対する金属酸化物の添加量は、金属酸化物の固体分重量比で１〜５０％程度の範囲が好ましい。１重量％未満であると、金属酸化物の添加の意義を十分に得ることができず、また５０重量％を超えると、透明で均一な三次元骨格を有するエアロゲルを作製することが困難になるおそれがある。
【００５４】
また、複合酸化物になることで１．５以上の屈折率となりうる出発物質を用いてもよい。この複合酸化物の例として、ケイ酸アルミニウム、アルミン酸マグネシウム、ケイ酸ジルコニウム、チタン酸鉛、チタン酸ランタン、ジルコン酸鉛、ジルコン酸ランタン、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム等が挙げられる。出発物質として例えばチタンやジルコン、アルミニウムなどの金属アルコキシドや塩化物などの塩を用いることができるものであり、例えばこれらの金属のアルコキシドに代表される有機化合物を加水分解縮重合反応によってゲル化させ、常圧乾燥または超臨界乾燥することによって所望の屈折率のエアロゲルを得ることが出来る。なお、この出発物質をオルガノシリケートと共存させ、溶媒及び水と一緒に溶解させたゲル化溶液を用いるのが好ましいが、チタン酸アルコキシドなど、オルガノシリケートを共存させなくとも金属アルコキシド単体でゲル化して均一な骨格を有する湿潤ゲルが得られるようなものについては、オルガノシリケートを共存させなくともよく、金属アルコキシドのみの加水分解重合反応により湿潤ゲルを作製してもよい。
【００５５】
上記の原子量の大きな金属原子群をシリカ骨格に添加させる方法としては、金属酸化物のゾルをオルガノシリケート原料溶液に添加する方法がある。金属酸化物ゾルとしては、シリカゾル、チタニアゾル、アルミナゾル、セリアゾル、ＩＴＯ（インジウム錫複合酸化物）ゾルなどに代表されるものを用いることができ、一次粒子径が数ｎｍ〜数μｍのオーダーのものである。この粒子径は透明性の観点から小さければちいさいほど好ましいが、現実的には数ｎｍ以下のものを得ることは困難であり、また数μｍよりも大きくなると得られるエアロゲルの透明性が著しく損なわれることから、上記の範囲が好ましい。またこのゾルの分散媒としては、水、アルコール、トルエンなど、分散を保持できるものであれば特に限定されるものではないが、エアロゲルを作製する際に、原料溶液を均一に溶解させるためには、アルコール系のオルガノゾルとするのが最も好ましい。
【００５６】
また、チタン酸化物を添加する方法としては、チタン酸化物を形成する原料としてチタン酸アルコキシドをオルガノシリケートと共存させ、これを加水分解重合反応させることによって、チタン-シリカの混合酸化物湿潤ゲルを得る方法を一例として挙げることができる。二酸化チタンは屈折率が２．５と非常に大きく、しかもチタン酸アルコキシドは加水分解重合反応により、湿潤ゲルを得ることが比較的容易であるので、これを原料にしたゲル化溶液を用いてエアロゲルを作製することが好ましいものである。このチタン酸アルコキシドとしては、チタン酸プロポキシドを最も好ましいものとして例示することができる。
【００５７】
また、鉛酸化物を添加する方法としては、原料溶液中オルガノシリケートに対して鉛酸化物を形成する原料として鉛塩を共存させ、オルガノシリケートの加水分解重合反応を行うことで、鉛−シリカの混合酸化物ゲルを得る方法を一例として挙げることができる。鉛塩としては、酢酸鉛、ホウ酸鉛、クエン酸鉛、フッ化鉛、ヨウ化鉛、硝酸鉛、臭化鉛、過塩素酸鉛、フタル酸鉛、硫酸鉛、チオシアン酸鉛などが挙げられるが、溶剤への溶解度やコストの観点から酢酸鉛が好ましい。鉛塩は湿潤ゲルを作製する溶液に直接溶解しても良いが、より均一な湿潤ゲルを得るためにメトキシエタノール等の溶剤に溶解したものを添加することが好ましい。鉛塩の添加量は、湿潤ゲルの作製液に対して０．１重量％から１０重量％程度の範囲が好ましい。０．１重量％以下では屈折率を調整する効果が小さく、１０重量％以上では溶液への溶解が難しくなるとともに得られるエアロゲルの透明性が損なわれることになる。
【００５８】
また本発明において、上記のような屈折率が１．５以上の金属酸化物を形成する原料を用いず、シリカのみの金属化合物骨格からなるエアロゲルを作製する場合においても、オルガノシリケートにシリカゾルを添加混合したものを加水分解重合し、得られた湿潤ゲルから溶媒を乾燥除去することによって、屈折率が１．１５５以上１．２５未満の範囲のシリカエアロゲルを作製することができるものである。具体的には原料溶液中の溶媒となるアルコールの一部または全部をアルコールシリカゾルに置換することにより、シリカエアロゲルの屈折率を効果的に高め、目的とする１．１５５以上１．２５未満の範囲の屈折率に調整することが可能である。オルガノシリケートに対するシリカゾルの混合量は、固形分換算で１０〜５０重量％の範囲に設定するのがよい。オルガノシリケートに対するシリカゾルの混合量が１０重量％未満であると、屈折率を上昇させるために添加する意義が不十分になり、逆に５０重量％を超えると、得られたエアロゲルの透明性が顕著に低下するおそれがある。
【００５９】
以上のようなエアロゲルの製造方法により、屈折率が１．１５５以上１．２５未満のエアロゲルを得ることができるが、本発明に係る陽電子放出断層撮像装置に用いるエアロゲルとしては、これらの製造方法によるエアロゲルに限定されるわけではなく、屈折率が１．１５５以上１．２５未満の範囲の屈折率を実現できる透明材料であれば、他の方法によって得られる材料を用いても構わない。
【００６０】
例えば、シリカエアロゲルを作製する場合においては、オルガノシリケートを原料とする代わりに、水ガラス系の材料を用いるようにしても良い。例えば、ケイ酸塩水溶液をイオン交換或いはｐＨ調整によってゲル化させる方法により、シリカのヒドロゲルを作製し、これを既に記載した方法により乾燥させてエアロゲルを作製することができる。水ガラス溶液としては、ケイ酸アルカリ金属塩水溶液を用いることができるものであり、例えばケイ酸ナトリウム水溶液、ケイ酸カリウム水溶液等が挙げられる。ここで水ガラスとは、分子式が下式
ｍ（Ｍ２Ｏ）・ｎ（ＳｉＯ２）
（式中のｍ、ｎは正の整数を表し、Ｍはアルカリ金属原子を表す。）
で表されるものであり、その規格は［ＪＩＳ Ｋ１４０８］に示されている。尚、シリカゾルのコロイド溶液もこの水ガラスに含まれる。また、これらの水ガラス溶液中のシリカ濃度は、特に限定されるものではなく、所望する透明性、屈折率、の物性により適宜選択すればよいものである。
【００６１】
水ガラス溶液のｐＨ値を低下させるように調整する方法としては、ゲル化剤を添加する方法、あるいは酸イオン交換樹脂を用いる方法が挙げられる。前者のゲル化剤を添加する方法の場合、使用されるゲル化剤としては、例えば硫酸、塩酸、硝酸等の無機酸や、シュウ酸、炭酸アンモニウム、酢酸等の有機酸が挙げられるものであり、このようなゲル化剤を水ガラス溶液中に添加することによりｐＨ値を低下させることができる。このとき、上記水ガラス溶液に対するゲル化剤の添加量は、特に限定されるものではないが、短時間で急激にゲル化することのない安定した状態でゾルが得られるようなｐＨ値となるように、その添加量を適宜調節してｐＨ値を低下させることが望ましい。
【００６２】
また後者の酸イオン交換樹脂を用いる方法の場合、酸イオン交換樹脂を充填した充填層に水ガラス溶液を通過させてナトリウムイオンを除去する方法、あるいは、酸イオン交換樹脂を水ガラス溶液中に混合し、攪拌してナトリウムイオンを除去した後にこれらの混合液を濾過するなどして酸イオン交換樹脂を分離する方法が挙げられる。
【００６３】
上記の酸イオン交換樹脂としては、スチレン系、アクリル系、メタクリル系等の酸イオン交換樹脂が挙げられる。酸イオン交換樹脂の量は、イオン交換しようとする水ガラス溶液中に含まれるアルカリ金属原子を全て水素と交換可能な量に設定する必要がある。すなわち、イオン交換しようとする水ガラス中のアルカリ金属原子のモル数に対して、酸イオン交換樹脂の水素イオンの交換可能なモル数（総交換容量）の比が１以上になるように、酸イオン交換樹脂の量を設定する必要がある。ここで、水ガラス溶液中のアルカリ金属原子のモル数に対する酸イオン交換樹脂のイオン交換可能なモル数の比の上限は特に限定されないが、酸イオン交換樹脂の使用量が多くなるにつれて経済的に不利になるので、このモル比の上限は３である。このモル比の最も好ましい範囲は１〜２である。上記のようにイオン交換した後のゾルのｐＨは２〜４程度まで下がるので、塩基性物質を添加することが好ましい。この塩基性物質としては、アンモニア、ピリジン、ピペリジン等が挙げられる。
【００６４】
上記のゾルをゲル化させる方法としては、ゾルを容器等に入れた状態で必要に応じて加熱する方法が挙げられる。所望の形状を有する容器中でゲル化させることで所望形状に維持されたゲル状化合物を得ることができるものであり、このゲル状化合物をそのままの形状を保持して、または所望の屈折率になるように乾燥収縮させることにより、所望のエアロゲルを得ることができるものである。得られたゲル状化合物は、水又は酸性水で洗浄し、ゲル状化合物中に含まれるナトリウムなどのアルカリ金属イオン等の電解質を除去するのが好ましい。尚、酸イオン交換樹脂を用いた場合、アルカリ金属イオンは水素イオンに置換されることにより除去されているので、場合によってはこの工程を省略することもできる。
【００６５】
さらに他の製造方法としては、アクリル或いはメタクリル基を含むモノマーをマイクロエマルション重合によってゲル化させて共連続ポリマーとし、これを乾燥することによってもエアロゲルを製造することもできる。アクリル樹脂やメタクリル樹脂を合成する方法において、水溶液中で１００ｎｍ以下の粒子系を持つエマルションからゲルを作製することで非常に微細な構造を持つ水／高分子共連続体を作製する技術が知られている（Ｌａｎｇｍｕｉｒ  １９９８，１４，６０６８−６０７６等参照)。このような共連続体を超臨界乾燥することで屈折率の高いエアロゲルを得ることが出来る。
【００６６】
用いる高分子は光透過性を有するものなら何で良いが、例えばＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ポリスチレン、ポリジビニルベンゼン、メラミン樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレブタレート等が挙げられる。これらのうち、透明性や強度等の観点からＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）が特に好ましい。
【００６７】
上記のようにして得られる屈折率が１．１５５以上１．２５未満のエアロゲルを用いて陽電子放出断層撮像装置（ＰＥＴ装置）のγ線検出手段を形成することができる。図１（ｂ）はγ線検出手段の一例を示すものであり、エアロゲル１と光電子倍増管で形成される検出器２とを対向させて配置することによって、γ線検出手段としてのチェレンコフ検出素子３を形成するようにしてある。そして、被測定物に投与された陽電子過剰核によって被測定物中で発生したγ線がチェレンコフ検出素子３のエアロゲル１に入射されると、光電効果で電子が飛び出し、エアロゲル１内でチェレンコフ発光が起きるので、このチェレンコフ発光を検出器２で検出することによって、γ線の検出を行なうことができるものである。このとき、エアロゲル１は屈折率が１．１５５以上１．２５未満であるので、光電効果により発生した荷電粒子による発光（チェレンコフ光）のみを検出することができ、光電効果事象をコンプトン散乱事象から有効に識別してγ線の検出を行なうことができるものである。
【００６８】
図１（ａ）はこのチェレンコフ検出素子３を複数個円周上に配置して検出リング４とし、この検出リング４を複数重ねて円筒状に配置することによってＰＥＴ装置の検出装置５を形成するようにしたものである。そしてこの円筒状の検出装置５の中央に被測定物（例えば人体などの生体）６をセットし、生体６内に注入した陽電子過剰核で生じた陽電子が生体６内の電子と対消滅した時に発生する５１１ｋｅＶの運動エネルギーを持つ２本のγ線を、検出装置５で観測するようにしてある。陽電子が消滅した場合は決まったエネルギーのγ線が２本必ず１８０度逆方向に出るため、生体６の回りに配置される検出装置５の多数のチェレンコフ検出素子３のうち、ほぼ同時にγ線を検出する２個のチェレンコフ検出素子３を結ぶ線上に陽子過剰核は存在することになる。
【００６９】
また２本のγ線を検出する２個のチェレンコフ検出素子３のうち、陽電子放出に近い側のチェレンコフ検出素子３には早く電気信号が発生するため、２個のチェレンコフ検出素子３の応答時間差をＴＯＦ計測して光の速度を掛ければ放出場所を決めることができる。従って、ほぼ同時にγ線を検出する２個のチェレンコフ検出素子３の位置を検出する位置検出回路と、この２個のチェレンコフ検出素子３の応答時間差を検出する応答時間差検出回路とからなる、位置識別演算回路を位置検出手段として備えることによって、生体６内に注入した陽子過剰核の部位を高い精度で特定することができるものである。このようにして、生体６内に注入した陽子過剰核の部位、例えば癌細胞などを検出して撮像することができるものである。
【００７０】
陽電子放出断層撮像装置（ＴＯＦＰＥＴ装置）の具体例を示す。検出器２として位置弁別型光電子増倍管（浜松フォトニクス社製、外形５０ｍｍ×５０ｍｍ、有効領域４８ｍｍ×４８ｍｍを１６×１６＝２５６分割）を用い、一辺が５０ｍｍの立方体で屈折率が１．１５５以上１．２５未満のエアロゲル１をこの検出器２に装着することによって、チェレンコフ検出素子３を作製した（図１（ｂ）参照）。そしてこの検出素子３を３２個円周上に並べて１つの検出リング４を構成し、８つの検出リング４で１台の人間の全身用チェレンコフＴＯＦＰＥＴ用の検出装置５を形成した（図１（ａ）参照）。
【００７１】
従来のＰＥＴ装置の代表例として、放射線医学総合研究所で開発中の次世代ＰＥＴ装置ｊＰＥＴ-Ｄ４は人間の頭部用測定器で、上記の位置弁別型光電子倍増管の上に大きさ２．９ｍｍ×２．９ｍｍ×７．５ｍｍのＧＳＯ結晶を１６×１６×４＝２５６個装着し、２０検出素子で１リング、５リングで全体の検出装置を構成しているが、この検出装置のＧＳＯシンチレーター部分を１塊のエアロゲルに置き換えることによって、本発明のＴＯＦＰＥＴの検出装置５を形成することができる。ｊＰＥＴ-Ｄ４のデータ収集部分は各光電子倍増管に信号の波高を測定する１６チャンネルの波高測定回路と信号の発生時刻を測定する１チャンネルの時間測定回路から成っているが、本発明のエアロゲルＴＯＦＰＥＴ装置では波高測定回路は不要となる。
【００７２】
ほとんどの事象では光電子倍増管２本が反応し１本の光電子倍増管では数個所の領域に信号が発生する。１事象は、反応した光電子倍増管を示す８ビット、光電子倍増管上で反応位置を示す７ビット×最大５個所程度、時間情報を示す１６ビット程度、の情報が２本分強となり、１事象当たりの情報量は１２８ビット程度ですむ。従来のｊＰＥＴ-Ｄ４と比べて信号の波高情報を測定する必要がなくなるので、１事象当たりの情報量は１桁程度少なくなるものである。また現在のＰＥＴ用γ線検出装置のなかで最も高価なシンチレーター（微少な素子が１０００個）がエアロゲル１塊になり波高測定回路が不要となるので、γ線検出装置の価格が大幅に低下できるものである。
【００７３】
また、従来のＰＥＴ装置は光電効果事象でもコンプトン散乱事象でも反応するため、全ての事象を記録した上で後の解析によってコンプトン散乱事象を除去している。これに対して、本発明のエアロゲルＴＯＦＰＥＴ装置では、そもそもコンプトン散乱事象は不感なため、無駄なコンプトン散乱事象を記録しなくて済むものであり、しかもチェレンコフ反応は応答時間が早いため、データ収集開始条件を例えば「２本以上の光電子倍増管が２ナノ秒以内に反応する場合」と設定することができる。これらによって、光電効果事象を失うことなくバックグラウンドの頻度を２〜３桁下げることが可能になるものである。
【００７４】
ここで、エアロゲルはその特異な屈折率のため密度は通常のγ線用シンチレーターの１５％程度になってしまう。これは必然的にγ線検出効率が１／３程度になり、２本のγ線の同時計測効率は１桁下がってしまう。だが、個々の陽電子消滅位置がある直線上としか判明しない通常のＰＥＴ装置と比べて、３次元的に位置が判明する本発明のエアロゲルＴＯＦＰＥＴでは、同じ品質の薬剤濃度分布を得るために必要な事象数が３〜４桁程度大幅に少なくて済むと考えられるので、結果的に診断時間が短縮でき被験者に与える放射線被爆も大幅に軽減できるものである。
【００７５】
さらに、従来の一般的なＰＥＴ装置では、測定データから薬剤濃度分布を得るためには膨大な画像再構成計算を必要とする。これが１日当たり１台のＰＥＴ装置で診察できる被験者数を実質的に制限している。これに対して、本発明のエアロゲルＴＯＦＰＥＴでは個々の事象の３次元位置が既に決定できているため、簡単なパーソナルコンピューターでも薬剤濃度分布が短時間で計算できると推測できるものであり、これによって実際に１日当たり１台の装置での診断数を１桁以上大幅に増加することも可能になるものである。
【００７６】
上記のように、本発明のＰＥＴ装置は、屈折率１．１５５以上１．２５未満のエアロゲル光学材料を輻射体としたチェレンコフ検出器からなるものであり、２０ピコ秒以下の時間分解能を持つため、ＬＯＩ方向の位置分解能３ｍｍ以下の完全なＴＯＦＰＥＴカウンターが実現できるものである。そして本発明のチェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置は従来のγ線シンチレーター検出器からなるＰＥＴ装置と比較して以下のような多くの優位性を持つ。
１）コンプトン散乱に感度がないので低雑音であり、高線量でも測定が可能である。
２）波高測定が不要なので、データ収集部分が簡素化できる。
３）画像再構成の必要がないので、解析装置が非常に簡略化できる。
４）データ収集を行ないながら薬剤の体内分布がリアルタイムで表示できる。
５）トランスミッション測定が必須でなくなるので、短い検査時間で低い被爆線量が可能である。
６）チェレンコフ光は前方のみに出るので、輻射体を細かくする必要がなく、構成を簡素化できる。
７）これらの理由から、装置全体の価格を大幅に簡素化できる。
【００７７】
そして、以上のことから、全く画期的なＰＥＴ装置、例えば職場や学校での全員を対象とした定期健康診断で利用できるような低価格で汎用性の高い検査装置を実現することができるものである。
【実施例】
【００７８】
次に、本発明に係る屈折率１．１５５以上１．２５未満のエアロゲルの具体的な製造方法及び、このエアロゲルを用いた場合のチェレンコフＰＥＴ装置としての応用性を評価する基本特性測定結果を示す。尚、この発明は下記の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
「メチルシリケート５１」（コルコート株式会社製試薬：Ｓｉ（ＯＣＨ３）４の平均四量体のオリゴマー）に、メタノール（ナカライテスク株式会社製試薬）と水とアンモニア水（ナカライテスク株式会社製試薬）とを混合したものを徐々に添加して反応させた。この際、反応は室温で行い、混合比は、メチルシリケート：メタノール：水：アンモニア水＝２９：３９：３１：０．１（重量比）であった。これを２０秒間攪拌後放置し、ゲル化させた。ここで、この反応は、上記の原料液を内寸４５ｍｍ角のポリスチロール製容器に厚み１０ｍｍとなるように注ぎ込み、密封して行なった。次に、この湿潤ゲルを容器から取り出してシャーレ中に入れ、シャーレに蓋をした状態で室温常圧下で放置し、寸法が６５％（収縮率が３５％）となるまで乾燥収縮させた。この後、収縮した湿潤ゲルを５倍の容積のヘキサメチルジシラザン（東レダウコーニングシリコーン株式会社製試薬）の０．２ｍｏｌ／Ｌ濃度のトルエン溶液中に移し、湿潤ゲル内のシリカに対して疎水化処理を施した。その後、この有機変性湿潤ゲルをエタノール中に移して、１昼夜、エタノールの交換を繰り返し、溶媒置換を行った。最後に、このゲルを１８℃、５５気圧の二酸化炭素中に入れ、ゲル内のエタノールを二酸化炭素に置換する操作を２〜３時間行った。その後、系内を二酸化炭素の超臨界条件である、４０℃、８ＭＰａにし、超臨界乾燥を約２４時間行ってエアロゲルを得た。試料の大きさは、厚み６．５ｍｍ、３０ｍｍ四方の直方体であり、その屈折率は１．２０であった。
（実施例２）
「メチルシリケート５１」（コルコート株式会社製試薬）に、メタノール（ナカライテスク株式会社製試薬）と水とアンモニア水（ナカライテスク株式会社製試薬）とメタノールシリカゾル（触媒化成株式会社製「ＭＴ−ＳＴ」：シリカ濃度２０重量％）とを混合したものを徐々に添加して反応させた。この際、反応は室温で行い、混合比は、メチルシリケート：メタノールシリカゾル：水：アンモニア水＝２９：６０：３１：０．１（重量比）であり、メチルシリケートに対するシリカゾルの混合量は固形分換算で４５重量％であった。これを２０秒間攪拌後放置し、ゲル化させた。ここで、この反応は、上記の原料液を内寸４５ｍｍ角のポリスチロール製容器に厚み１０ｍｍとなるように注ぎ込み、密封して行なった。次に、この湿潤ゲルを容器から取り出して、常圧乾燥による収縮をさせることなく、実施例１と同じ方法にて疎水化処理を行った後、さらに実施例１と同じ方法によって超臨界乾燥を行い、エアロゲルを得た。試料の大きさは、厚み１０ｍｍ、４５ｍｍ四方の直方体で、その屈折率は１．１６であった。
（実施例３）
「メチルシリケート５１」（コルコート株式会社製試薬）に、メタノール（ナカライテスク株式会社製試薬）と水とアンモニア水（ナカライテスク株式会社製試薬）と酢酸鉛（ナカライテスク株式会社製試薬）とメトキシエタノール（ナカライテスク株式会社製試薬）を混合したものを徐々に添加して反応させた。この際、反応は室温で行い、混合比は、メチルシリケート：メタノール：水：アンモニア水：酢酸鉛：メトキシエタノール＝１２：２７：１３：０．１：８：４０（重量比）であった。これを２０秒間攪拌後放置し、ゲル化させた。ここで、この反応は、上記の原料液を内寸４５ｍｍ角のポリスチロール製容器に厚み１０ｍｍとなるように注ぎ込み、密封して行なった。次に、この湿潤ゲルを容器から取り出して、常圧乾燥による収縮をさせることなく、実施例１と同じ方法にて疎水化処理を行った後、さらに実施例１と同じ方法によって超臨界乾燥を行い、エアロゲルを得た。試料の大きさは、厚み１０ｍｍ、４５ｍｍ四方の直方体で、その屈折率は１．１８であった。
（実施例４）
「メチルシリケート５１」（コルコート株式会社製試薬）とチタンエチルアセトアセテート（松本薬品株式会社製チタン酸アルコキシド「オルガチックスＴＣ−７５０」）に、メタノール（ナカライテスク株式会社製試薬）と水とアンモニア水（ナカライテスク株式会社製試薬）を混合したものを徐々に添加した。この際、反応は室温で行い、混合比は、メチルシリケート：チタンエチルアセトアセテート：メタノール：水：アンモニア水＝１５：１３：４０：３２：０．２（重量比）であった。これを２０秒間攪拌後放置し、ゲル化させた。ここで、この反応は、上記の原料液を内寸４５ｍｍ角のポリスチロール製容器に厚み１０ｍｍとなるように注ぎ込み、密封して行なった。次に、この湿潤ゲルを容器から取り出して、常圧乾燥による収縮をさせることなく、実施例１と同じ方法にて疎水化処理を行った後、さらに実施例１と同じ方法によって超臨界乾燥を行い、エアロゲルを得た。試料の大きさは、厚み１０ｍｍ、４５ｍｍ四方の直方体で、その屈折率は１．２４であった。
【００７９】
次に、上記の実施例１〜実施例４において作製したエアロゲルサンプルについて、図２に示すようなチェレンコフ光検出実験装置で、本発明の妥当性を計測した。図２において１ａ，１ｂはエアロゲル又は比較例の実験に用いた輻射体のサンプル、２ａ，２ｂは光電子倍増管からなる検出器、７はγ線を放射する放射線源、１０ａ，１０ｂはミラー、１１ａ，１１ｂは鉛ブロック、１２ａ，１２ｂはロジック信号変換回路からなる識別部、１３は同時計数回路からなる同時計数部、１４ａ、１４ｂ、１４ｃは信号カウンターからなる計測部である。そして放射線源７として２２Ｎａを用い、θが０°の場合と２０°の場合について、輻射体サンプル１ａ，１ｂにおいて発生する光子量を光電子増倍管（検出器２ａ，２ｂ）により計測した。
【００８０】
それぞれの計測において、一方のサンプル１ａから得られた光子数をＡ、他方のサンプル１ｂから得られた光子数をＢ、さらに同時計数測定値（Ａ∩Ｂ）について、（Ａ∩Ｂ）／√（Ａ＊Ｂ）を算出した。そして、θが０°の場合と２０°の場合の（Ａ∩Ｂ）／√（Ａ＊Ｂ）の比を算出した。尚、実施例１〜４との比較として、輻射体がアクリル樹脂（屈折率１．４９）の場合及び、シンチレーターの場合について併せて計測した。計測については、夜間にブラックボックス内で行い、さらに光電子増倍管（検出器２ａ，２ｂ）が輻射体から発生する光のみを計測するよう、鉛ブロック１１ａ，１１ｂを配置して行った。計測結果を＜表１＞に、θが０°の場合と２０°の場合の計測結果の比を＜表２＞に示した。
【００８１】
【表１】
2005300232.tif 000004
【００８２】
＜表２＞の結果にみられるように、本発明の各実施例においては、２０°の場合の計測値に対して０°の計測値のほうが大きい値を示しており、かつその比の値は明確な優位性を有している。これは、お互いに１８０°の方向に対生成した５１１ｋｅＶの運動エネルギーを有した荷電粒子のチェレンコフ光のみを検出していることを明確に表している。一方比較例のアクリル樹脂やシンチレーターにおいては、０°においての計測値に優位性が確認できず、コンプトン効果により発せられた運動エネルギーの異なる（小さな）荷電粒子からなるチェレンコフ光やシンチレーション光を伴に検出していることを表している。
【００８３】
以上のことから、チェレンコフＰＥＴ装置において実施例１〜４のエアロゲルを利用したチェレンコフ検出素子を用いれば、光電効果から発生する荷電粒子を有効に検出することができ、さらには２つの検出素子での応答時間差を計測することで、陽電子の放出場所を位置精度良く検出することが可能になると推測できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）はＰＥＴ装置のγ線検出装置を示す斜視図、（ｂ）は同上のチェレンコフ検出素子の拡大図である。
【図２】チェレンコフ光検出実験装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  エアロゲル
２  検出器
３  チェレンコフ検出素子（γ線検出手段）
４  検出リング
５  検出装置
６  被測定物
【図１】
2005300232.tif 000005
【図２】
2005300232.tif 000006